Estudio de Pre Factibilidad para la Instalación de una Planta Productora de Bioetanol de Segunda Generación a partir de Cascarilla de Arroz

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(1)UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ GALLO FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS ALIMENTARIAS. ¨ESTUDIO DE PRE FACTIBILIDAD PARA LA INSTALACIÓN DE UNA PLANTA PRODUCTORA DE BIOETANOL DE SEGUNDA GENERACIÓN, A PARTIR DE CASCARILLA DE ARROZ¨ TESIS. PARA OPTAR EL TÍTULO DE. INGENIERO QUÍMICO. PRESENTADO POR LOS BACHILLERES. DÍAZ SALDAÑA JENNY LIZBETH SILUPÚ RISCO VICTOR DARWIN. ASESOR: ING. POZO SUCLUPE LUIS ANTONIO LAMBAYEQUE - PERÚ 2017.

(2) 2. JURADO CALIFICADOR. --------------------------------------------M. Sc. Sachum García, Rubén Darío Presidente. --------------------------------------------M. Sc. Gutiérrez Moreno, Ronald Alfonso Secretario. --------------------------------------------M. Sc. Robles Ruiz, Juan Francisco Vocal. ASESOR. --------------------------------------------Ing. Pozo Suclupe, Luis Antonio.

(3) 3. DEDICATORIA. Este trabajo dedicado en primer lugar a Dios, por ser el quien nos dio la vida, la salud, protege y nos guía en el camino a lograr nuestras metas. Por permitirnos en esta oportunidad el desarrollo profesional, de esta manera contribuir a nuestro país y dar un porvenir digno para nuestras familias.. A nuestras familias, padres y hermanos, quienes depositan su confianza en nosotros y nos brindan su apoyo incondicional en cada momento de nuestras vidas, inculcando en nosotros los principios y valores, que nos llevaran a ser profesionales de éxito..

(4) 4. AGRADECIMIENTO. El presente trabajo es fruto de nuestro esfuerzo y dedicación, agradecer a Dios en primer lugar, por su guía en cada una de las etapas que conllevo a realizar este proyecto. Agradecemos a aquellas personas que se involucraron directamente con la realización de este proyecto, por su tiempo y dedicación. Nuestro asesor por su apoyo desinteresado y conocimiento brindado. A nuestros docentes que nos brindaron una sólida formación profesional y aquellas personas que fueron nuestro soporte y compañía durante estos años. A la Escuela Profesional De Ingeniería Química De La Universidad Nacional Pedro Ruiz Gallo, nuestra segunda casa, por habernos acogido en sus ambientes durante nuestra carrera..

(5) 5. ÍNDICE. Pág.. RESUMEN…………………………………………………………………………………………..….i ABSTRAC……………………………………………………………………………………………...ii INTRODUCCIÓN ................................................................................................................... 17 CAPÍTULO 1 : ESTUDIO DE MERCADO .............................................................................. 19 1.1. INTRODUCCIÓN........................................................................................................... 19. 1.2. PRODUCTO: ALCOHOL ETÍLICO RECTIFICADO ...................................................... 20. 1.2.1 DEFINICIÓN. ....................................................................................................20 1.2.2 CARACTERÍSTICAS. .......................................................................................20 1.2.2.3 TOXICOLOGÍA. .............................................................................................22 1.2.3 IDENTIFICACIÓN DE RIESGOS. .......................................................................23 1.2.4 USOS… ..........................................................................................................25 1.2.4.1 GENERALES. ...............................................................................................25 1.2.4.2 INDUSTRIA QUÍMICA ....................................................................................25 1.2.4.3 COMBUSTIBLE. ............................................................................................26 1.2.4.4 ALTERNATIVA EN LA DISMINUCIÓN DE LA CONTAMINACIÓN. .......................26 1.2.5 MÉTODOS DE OBTENCIÓN .............................................................................27 1.3. MATERIA PRIMA .......................................................................................................... 28. 1.3.1 CASCARILLA DE ARROZ..................................................................................28 1.3.2 DISPONIBILIDAD DE CASCARILLA DE ARROZ ..................................................29 1.3.3 PRECIO DE CASCARILLA DE ARROZ................................................................31 1.4. ANÁLISIS DEL MERCADO ........................................................................................... 31. 1.4.1 ANÁLISIS DE LA DEMANDA .............................................................................31 1.4.1.1 CONSUMO HISTÓRICO (CNA) .......................................................................32 1.4.1.2 TASA DE CRECIMIENTO ...............................................................................35 1.4.1.3 ESTIMACIÓN DE LA DEMANDA FUTURA........................................................35 1.4.1.4 DEMANDA PROYECTADA .............................................................................36 1.4.2 ANÁLISIS DE LA OFERTA. ................................................................................37 1.4.2.1 TIPO DE OFERTA..........................................................................................38 1.4.2.2 PRODUCTORES NACIONALES .....................................................................38 1.4.2.3 ANÁLISIS DE LA COMPETENCIA. ..................................................................39 1.4.3 DEMANDA INSATISFECHA PROYECTADA. .......................................................45 1.4.4 ANÁLISIS DEL PRECIO ....................................................................................46 1.4.4.1 TIPO DE PRECIO ..........................................................................................46. 1.4.4.2 ESTIMACIÓN DEL PRECIO ..............................................................................47 1.4.5 ANÁLISIS DE LA COMERCIALIZACIÓN..............................................................48 1.4.5.1 CANAL DE DISTRIBUCIÓN.............................................................................49 1.5. IMPORTACIONES ........................................................................................................ 49. 1.6. EXPORTACIONES........................................................................................................ 49. 1.7. INFLUENCIA DE LOS INDICADORES ECONÓMICOS............................................... 49. 1.1.1 PBI……….. ......................................................................................................49.

(6) 6. 1.7.1 SALDO DE LA DEUDA PÚBLICA. ......................................................................50 1.7.2 INFLACIÓN ......................................................................................................51 1.8 TAMAÑO DE PLANTA .................................................................................................... 51 1.8.1 ANÁLISIS DE LOS FACTORES DETERMINANTES. .............................................51 1.8.1.1 MATERIA PRIMA. ..........................................................................................51 1.8.1.2 DEMANDA. ...................................................................................................52 1.8.1.3 CAPITAL. ......................................................................................................52 1.8.1.4 TECNOLOGÍA. ..............................................................................................52 1.8.2 DETERMINACIÓN DEL TAMAÑO DE LA PLANTA. ..............................................53 1.9. CONCLUSIONES DEL ESTUDIO DE MERCADO ....................................................... 53. CAPÍTULO 2 : UBICACIÓN DE PLANTA .............................................................................. 54 2.1 INTRODUCCIÓN ............................................................................................................. 54 2.2 UBICACIÓN DE LA ZONA GEOGRÁFICA..................................................................... 55 2.2.1 ZONAS GEOGRÁFICAS ALTERNATIVAS. ................................................................ 55 2.2.2 SELECCIÓN DE ZONA GEOGRÁFICA. ..............................................................89 2.3 UBICACIÓN DE LA PLANTA .......................................................................................... 89 2.3.1 ALTERNATIVAS DE UBICACIÓN (MICRO LOCALIZACIÓN). ................................89 2.3.1.1 CHICLAYO. ...................................................................................................89 2.3.1.2 LAMBAYEQUE. .............................................................................................92 2.3.1.3 FERREÑAFE. ................................................................................................94 2.3.2 ANÁLISIS DE FACTORES PARA UBICACIÓN DE LA PLANTA. .............................97 2.3.2.1 MATERIA PRIMA. ..........................................................................................97 2.3.2.2 MERCADO. ...................................................................................................97 2.3.2.3 MANO DE OBRA. ..........................................................................................97 2.3.2.4 CONDICIONES SOCIOECONÓMICAS. ...........................................................97 2.3.2.5 ENERGÍA ELÉCTRICA. ..................................................................................98 2.3.2.6 SUMINISTRO DE AGUA. ................................................................................98 2.3.2.7 TRANSPORTE. .............................................................................................98 2.3.2.8 SERVICIO COMUNITARIO. ............................................................................98 2.3.2.9 CLIMA. .........................................................................................................99 2.3.2.10 CONTAMINACIÓN. ......................................................................................99 2.3.2.11 COMBUSTIBLE. ..........................................................................................99 2.3.2.12 EVACUACIÓN DE DESECHOS. ....................................................................99 2.3.3 SELECCIÓN DEL LUGAR (TABLA DE DECISIONES) .........................................100 2.3.3.1 CONCLUSIÓN. ............................................................................................101 2.3.4 MAPA GEOGRÁFICO. ....................................................................................102 CAPÍTULO 3 : SELECCIÓN Y DISEÑO DEL PROCESO ................................................... 103 3.1 INTRODUCCIÓN .......................................................................................................... 103 3.2 PROCESOS PARA LA OBTENCIÓN DE BIOETANOL .............................................. 104 3.2.1 PRETRATAMIENTO. ......................................................................................105 3.2.1.1 PRETRATAMIENTO FÍSICO. ........................................................................105 3.2.1.2 PRETRATAMIENTO FÍSICO-QUÍMICO. .........................................................108 3.2.1.3 PRETRATAMIENTO QUÍMICO......................................................................109 3.2.1.4 PRETRATAMIENTO BIOLÓGICO. .................................................................114 3.2.2 HIDRÓLISIS. .................................................................................................115.

(7) 7. 3.2.2.1 HIDRÓLISIS ÁCIDA .....................................................................................115 3.2.2.2 HIDRÓLISIS ENZIMÁTICA. ...........................................................................116 3.2.3 DETOXIFICACIÓN-NEUTRALIZACIÓN. ...........................................................118 3.2.3.1 EFECTOS DE COMPUESTOS TÓXICOS .......................................................119 3.2.3.2 MÉTODOS DE DETOXIFICACIÓN. ................................................................120 3.2.4 FERMENTACIÓN. ..........................................................................................123 3.2.4.1 FERMENTACIÓN DE HEXOSAS ...................................................................123 3.2.4.2 FERMENTACIÓN DE PENTOSAS. ................................................................124 3.2.4.3 CLASES DE MICROORGANISMOS. ..............................................................124 3.2.5 INTEGRACIÓN DE LAS ETAPAS DE PROCESO. ...............................................126 3.2.5.1 HIDRÓLISIS ENZIMÁTICA Y FERMENTACIÓN SEPARADAS (SHF). ................126 3.2.5.2 LA SACARIFICACIÓN Y FERMENTACIÓN SIMULTÁNEAS (SSF).....................127 3.2.5.3 SACARIFICACIÓN Y FERMENTACIÓN SIMULTÁNEAS NO ISOTÉRMICAS ......129 3.2.5.4 SACARIFICACIÓN Y CO-FERMENTACIÓN SIMULTÁNEA (SSCF). ..................130 3.2.5.5 BIOPROCESAMIENTO CONSOLIDADO (CBP)...............................................132 3.2.6 PURIFICACIÓN. .............................................................................................133 3.2.7 TECNOLOGÍAS DE PRODUCCIÓN DE ETANOL. ...............................................134 3.2.7.1 PROCESO NREL ........................................................................................134 3.2.7.2 PROCESO PROPUESTO POR REITH ET AL. (2002). ......................................135 3.2.7.3 PROCESO IOGEN. ......................................................................................136 3.2.7.4 PROCESO BCI. ...........................................................................................136 3.2.7.5 PROCESO DELHI IIT. ..................................................................................137 3.3. SELECCIÓN DEL PROCESO ..................................................................................... 139. 3.3.1 APLICACIÓN DEL MÉTODO DE CRITERIO TÉCNICO ......................................142 3.3.1.1 PRETRATAMIENTO. ...................................................................................142 3.3.1.2 SELECCIÓN DE MICROORGANISMO PARA FERMENTACIÓN. ......................144 3.3.1.3 SELECCIÓN DE PROCESO – COMPARACIÓN PROCESOS INTEGRADOS. ....145 3.4. DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO .................................................................... 147. 3.5. DIAGRAMA DE EQUIPOS DEL PROCESO ............................................................... 148. 3.6. DESCRIPCIÓN DETALLADA DEL PROCESO .......................................................... 149. 3.6.1 OBTENCIÓN DE MOSTO AZUCARADO DE LA CASCARILLA DE ARROZ. ...........149 3.6.1.1 LA PRE-HIDRÓLISIS DE LA HEMICELULOSA. ...............................................149 3.6.1.2 DELIGNIFICACIÓN. .....................................................................................151 3.6.1.3 HIDRÓLISIS DE LA CELULOSA Y RECUPERACIÓN DEL SOLVENTE. .............151 3.6.2 FERMENTACIÓN. ..........................................................................................152 3.6.3 DESTILACIÓN ...............................................................................................153 3.7. BALANCE DE MASA................................................................................................... 154. 3.7.1 BALANCE DE MASA EN LA ETAPA DE LA PREHIDROLISIS ..............................154 3.7.2 BALANCE DE MASA EN LA ETAPA DE LA HIDROLISIS ....................................155 3.7.3 BALANCE DE MASA EN LA ETAPA DE FERMENTACIÓN Y DESTILACIÓN .........157 CAPÍTULO 4 : DISEÑO Y SELECCIÓN DE LOS EQUIPOS .............................................. 158 3.8. SISTEMA DE LAVADO DE CASCARILLA DE ARROZ .............................................. 158. 3.8.1 EQUIPAMIENTO. ...........................................................................................158 3.8.1.1 ELEVADOR – CONDUCTOR DE CASCARILLA. ..............................................158 3.8.1.2 CANAL TRANSPORTADOR DE CASCARILLA Y AGUA. ..................................158 3.8.1.3 ZARANDA VIBRATORIA. ..............................................................................158.

(8) 8. 3.9. SISTEMA PRE-HIDROLISIS DE CASCARILLA Y LAVADO: DIGESTOR 1 .............. 159. 3.9.1 FUNCIÓN. .....................................................................................................159 3.9.2 FUNCIONAMIENTO........................................................................................159 3.9.3 EQUIPO. .......................................................................................................159 3.10. SISTEMA DE DELIGNIFICACION DE CASCARILLA Y LAVADO: DIGESTOR 2. 160. 3.10.1 FUNCIÓN. ...................................................................................................160 3.10.2 FUNCIONAMIENTO. .....................................................................................160 3.10.3 EQUIPO. .....................................................................................................160 3.11. SISTEMA DE HIDROLISIS DE CELULOSA: DIGESTOR 3................................... 161. 3.11.1 FUNCIÓN. ...................................................................................................161 3.11.2 FUNCIONAMIENTO. .....................................................................................161 3.11.3 EQUIPO. .....................................................................................................161 3.12. FILTROS ESPESADORES ..................................................................................... 161. 3.12.1 FUNCIÓN. ...................................................................................................161 3.12.2 FUNCIONAMIENTO. .....................................................................................161 3.12.3 EQUIPO. .....................................................................................................162 3.12.3.1 FILTRO 1 ..................................................................................................162 3.12.3.2 FILTRO 2. .................................................................................................162 3.13. CALENTADOR 1 (INCLUYE BOMBA) ................................................................... 162. 3.13.1 FUNCIÓN. ...................................................................................................162 3.13.2 FUNCIONAMIENTO. .....................................................................................162 3.13.3 EQUIPO ......................................................................................................163 3.14. DESTILADOR 1 (RECUPERACIÓN DE SOLVENTE) ........................................... 163. 3.14.1 FUNCIÓN ....................................................................................................163 3.14.2 FUNCIONAMIENTO ......................................................................................163 3.14.3 EQUIPO ......................................................................................................163 3.15. EVAPORADOR DE SOLUCIÓN DE HEXOSAS .................................................... 163. 3.15.1 FUNCIÓN ....................................................................................................163 3.15.2 FUNCIONAMIENTO ......................................................................................164 3.15.3 EQUIPAMIENTO ..........................................................................................164 3.16. MEZCLADOR ESTÁTICO....................................................................................... 165. 3.16.1 FUNCIÓN. ...................................................................................................165 3.16.2 FUNCIONAMIENTO. .....................................................................................165 3.16.3 EQUIPAMIENTO. .........................................................................................165 3.17. TANQUE DE MOSTO ............................................................................................. 165. 3.17.1 FUNCIÓN. ...................................................................................................165 3.17.2 FUNCIONAMIENTO. .....................................................................................165 3.17.3 EQUIPAMIENTO. .........................................................................................165 3.18 PRE-FERMENTADORES ........................................................................................... 166 3.18.1 FUNCIÓN. ...................................................................................................166 3.18.2 FUNCIONAMIENTO. .....................................................................................166 3.18.3 EQUIPAMIENTO. .........................................................................................166 3.19. FERMENTADORES................................................................................................ 166.

(9) 9. 3.19.1 3.19.2 3.19.3 3.19.4 3.20. FUNCIÓN. ...................................................................................................166 FUNCIONAMIENTO. .....................................................................................167 EQUIPAMIENTO. .........................................................................................167 DIMENSIONES.............................................................................................167 CENTRIFUGA SEPARADORA DE BACTERIAS ................................................... 168. 3.20.1 FUNCIÓN. ...................................................................................................168 3.20.2 FUNCIONAMIENTO. .....................................................................................168 3.20.3 EQUIPAMIENTO. .........................................................................................168 3.21. SISTEMA DE DESTILACIÓN DE ETANOL ............................................................ 168. 3.21.1 FUNCIÓN. ...................................................................................................168 3.21.2 FUNCIONAMIENTO. .....................................................................................169 3.21.3 EQUIPAMIENTO. .........................................................................................169 3.22. HOJAS DE ESPECIFICACIONES – REQUERIMIENTO ENERGÉTICO .............. 170. 3.23. DISTRIBUCIÓN DE LA PLANTA ............................................................................ 187. CAPÍTULO 5 : CONSIDERACIONES AMBIENTALES ....................................................... 188 3.24 INTRODUCCIÓN ........................................................................................................ 188 3.25 MATRIZ DE LEOPOLD ............................................................................................... 189 3.25.1 TABLA DE CRITERIO ...................................................................................189 3.25.2 VALORACIÓN DE MATRIZ DE LEOPOLD .......................................................190 3.26. EFLUENTES LÍQUIDOS ......................................................................................... 191. 3.26.1 LIGNINA. .....................................................................................................191 3.26.2 VINAZA .......................................................................................................192 3.27. EFLUENTES GASEOSOS...................................................................................... 193. CAPÍTULO 6 : EVALUACIÓN ECONÓMICA....................................................................... 194 3.28. INTRODUCCIÓN .................................................................................................... 194. 3.29. ESTIMACIÓN DE INVERSIÓN TOTAL .................................................................. 195. 3.29.1 CAPITAL FIJO TOTAL ...................................................................................195 3.29.1.1 COSTO FIJO. ............................................................................................195 3.29.1.2 CAPITAL DE PUESTA EN MARCHA O CAPITAL DE TRABAJO. .....................198 3.29.2 ESTIMACIÓN DEL COSTO TOTAL DE PRODUCCIÓN. ....................................200 3.29.2.1 COSTO DE MANUFACTURA. .....................................................................200 3.29.2.2 GASTOS GENERALES (VAI). ......................................................................202 3.29.2.3 COSTO UNITARIO. ....................................................................................203 3.30. BALANCE ECONÓMICO Y RENTABILIDAD ......................................................... 204. 3.30.1 RETORNO SOBRE LA INVERSIÓN. ...............................................................204 3.30.1.1 ANTES DE IMPUESTO. ..............................................................................204 3.30.1.2 DESPUÉS DEL IMPUESTO.........................................................................205 3.30.2 TIEMPO DE RECUPERACIÓN DE LA INVERSIÓN. ..........................................205 3.30.3 PUNTO DE EQUILIBRIO. ..............................................................................205 CONCLUSIONES ................................................................................................................ 206 BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................... 207 LINKOGRAFIA ..................................................................................................................... 218.

(10) 10. APÉNDICE ........................................................................................................................... 220 ANEXOS .............................................................................................................................. 287.

(11) 11. ÍNDICE DE TABLAS. Pág.. Tabla 1.1 Composición química del etanol ___________________________________________ 20 Tabla 1.2 Propiedades fisicoquímicas del etanol. ____________________________________ 21 Tabla 1.3 Propiedades físicas del etanol. ___________________________________________ 22 Tabla 1.4 Riesgos del etanol _______________________________________________________ 25 Tabla 1.5: Composición promedio de la cascara de arroz _____________________________ 29 Tabla 1.6: producción de arroz cascara. _____________________________________________ 30 Tabla 1.7 Consumo histórico nacional, importaciones, exportaciones en el Perú _________ 33 Tabla 1.8: Estimación de la demanda futura (lt) ______________________________________ 36 Tabla 1.9: Inflación promedio 2009-2015 Perú._______________________________________ 47 Tabla 1.10: Inflación promedio en Perú (2011-2015) __________________________________ 51 Tabla 2.1: Piura: superficie y población 2015. ________________________________________ 56 Tabla 2.2: Piura valor agregado bruto 2014 valores a precios constantes 2007. __________ 58 Tabla 2.3: Lambayeque: superficie y población 2013 _________________________________ 66 Tabla 2.4 Lambayeque: valor agregado bruto 2013 valores a precios constantes 2007 ___ 67 Tabla 2.5 La Libertad: superficie y población 2014 ___________________________________ 73 Tabla 2.6 La Libertad, valor agregado bruto 2014 valores a precios constantes de 2007 _ 74 Tabla 2.7 Matriz de enfrentamiento de micro localización. ____________________________ 100 Tabla 2.8 Evaluación de los factores para la determinar la ubicación de la planta. ______ 101 Tabla 3.1: Composición promedio de la cascarilla de arroz. __________________________ 104 Tabla 3.2: Aplicación de criterio técnico para selección el pretratamiento _______________ 143 Tabla 3.3 Aplicación de criterio técnico. ____________________________________________ 144 Tabla 3.4: Aplicación de criterio técnico para selección de proceso. ___________________ 145 Tabla 3.5: Composición de las corrientes en la etapa de prehidrolisis. _________________ 154 Tabla 3.6: Composición de las corrientes en la etapa de hidrolisis. ____________________ 155 Tabla 3.7: Composición de las corrientes en la etapa de hidrolisis. ____________________ 156 Tabla 3.8: Composición de las corrientes en la etapa de fermentación y destilación._____ 157 Tabla 4.1: Hoja De Especificaciones Para Elevador 1 ________________________________ 170 Tabla 4.2: Hoja de especificaciones para canal transportador. ________________________ 171 Tabla 4.3: Hoja de especificaciones para zaranda vibratoria. _________________________ 172 Tabla 4.4: Hoja de especificaciones para biodigestor 01. _____________________________ 173 Tabla 4.5: Hoja de especificación para biodigestor 02. _______________________________ 174 Tabla 4.6: Hoja de especificación para biodigestor 3. ________________________________ 175 Tabla 4.7: Hoja de especificación para filtros. _______________________________________ 176 Tabla 4.8: Hoja de especificación para una columna de destilación binaria. ____________ 177 Tabla 4.9: Hoja de especificaciones para calentador 01. _____________________________ 178 Tabla 4.10: Hoja de especificación para evaporador. ________________________________ 179 Tabla 4.11: Hoja de especificación para tanque de mosto. ___________________________ 180 Tabla 4.12: Hoja de especificación para mezclador estático. __________________________ 181 Tabla 4.13: Hoja de especificación para fermentadores.______________________________ 182 Tabla 4.14: Hoja de especificación para pre fermentadores. __________________________ 183 Tabla 4.15: Hoja de especificación para centrifuga. _________________________________ 184 Tabla 4.16: Hoja de especificación para columna de destilación binaria. _______________ 185 Tabla 4.17: Hoja de especificación para columna de destilación binaria. _______________ 186 Tabla 5.1: Criterio de valoración de impacto ambiental para Matriz De Leopold _________ 189 Tabla 5.2: Cuantificación de significancia para matriz de leopold. _____________________ 190 Tabla 5.3: Composición de lignina que proviene del proceso oganosolv. _______________ 192 Tabla 6.1: Plan Global de Inversiones ______________________________________________ 199 Tabla 6.2: Estimación Del Costo Total De Producción Y Costo Unitario ________________ 204 Tabla 6.3: Análisis Económico. ____________________________________________________ 205.

(12) 12. Tabla 7.0.1: producción nacional, importaciones y exportaciones de etanol _____________ 220 Tabla 7.0.2: Consumo Histórico de Etanol en Perú __________________________________ 224 Tabla 7.0.3: Determinación de la tasa de crecimiento ________________________________ 225 Tabla 7.0.4: Composición promedio de la cascara de arroz ___________________________ 232 tabla 7.0.5: resumen de costo de equipos: __________________________________________ 275 Tabla 7.0.6: Materia prima para operación continua: 8000 horas por año. ______________ 278 Tabla 7.0.7: Inventario de materia prima ___________________________________________ 278 Tabla 7.0.8: Aplicación de tabla de valores para cuantificar matriz de Leopold __________ 286 Tabla 8.0.1: Importación de alcohol etílico __________________________________________ 287 Tabla 8.0.2: Precios Cif (Dólares) De Etanol/Tonelada En El Año 2015 ________________ 292 Tabla 8.0.3: Precios Fob (Dólares) De Etanol/Tonelada En El Año 2015 _______________ 293 Tabla 8.0.4: Xinhai Maquinarias Mineras Para Selección De Zarandas Vibratorias ______ 330 Tabla 8.0.5: Especificaciones del espesador de disco – fabricante fjlime:_______________ 331.

(13) 13. ÍNDICE DE FIGURAS. Pág.. Figura 1.1: Sistema De Etiquetado Para El Etanol ____________________________________ 23 Figura 1.2: Sistema De Etiquetado Para Etanol ______________________________________ 24 Figura 1.3: Etapas Que Componen El Proceso De Obtención De Bioetanol. _____________ 27 Figura 1.4: Disponibilidad Proyectada De Cascarilla De Arroz. _________________________ 31 Figura 1.5: Importaciones De Etanol En El Perú ______________________________________ 34 Figura 1.6: Exportaciones De Etanol En El Perú______________________________________ 34 Figura 1.7: Producción Nacional De Etanol En El Perú _______________________________ 35 Figura 1.8: Estimación De Demanda Futura Para El Etanol ____________________________ 37 Figura 1.9: Exportación De Alcohol Etílico 2015 (FOB%) ______________________________ 38 Figura 1.10: Empresas Productoras-Exportadoras ____________________________________ 40 Figura 1.11: Principales Países Que Reciben Exportaciones Peruanas De Etanol ________ 41 Figura 1.12: Valor FOB (Dólares) - paises de exportación 2015 ________________________ 46 Figura 1.13: Proyección Del Precio De Etanol 2016-2020 _____________________________ 48 Figura 1.14: Tasa De Crecimiento Del PBI (%) 2005-2015_____________________________ 50 Figura 2.1: Mapa Departamental Piura ______________________________________________ 56 Figura 2.2: Mapa Departamental De Lambayeque ____________________________________ 66 Figura 2.4: Mapa Departamental De La Libertad _____________________________________ 72 Figura 2.5: Provincia de Chiclayo ___________________________________________________ 90 Figura 2.6: Provincia de Lambayeque _______________________________________________ 93 Figura 2.7: Provincia de Ferreñafe __________________________________________________ 94 Figura 2.8: Zona Geografica Seleccionada Para La Ubicacion De Planta (Lambayeque) _ 102 Figura 3.1: Efecto Del Pretratamiento En El Material Lignocelulósico __________________ 105 Figura 3.2: Mecanismo De Acción De Las Celulasas ________________________________ 118 Figura 3.3:Diagrama De Flujo De ProcesoSHF. _____________________________________ 126 Figura 3.4:Diagrama De Flujo De Proceso SSF. _____________________________________ 127 Figura 3.5: Diagrama De Flujo Simplificado Para El Proceso NSSF ___________________ 129 Figura 3.6: Diagrama De Flujo De Proceso SSCF ___________________________________ 130 Figura 3.7: Diagrama De Flujo Del Proceso CBP ____________________________________ 132 Figura 3.8:Proceso NREL ________________________________________________________ 134 Figura 3.9:Proceso Propuesto por REITH et al 2002 _________________________________ 135 Figura 3.10: Proceso IOGEN _____________________________________________________ 136 Figura 3.11:Proceso BCI _________________________________________________________ 136 Figura 3.12: Proceso DELHI IIT ___________________________________________________ 137 Figura 3.13: Diagrama de flujo de proceso para la obtención de bioetanol. _____________ 147 Figura 3.14: Diagrama de equipos de proceso para la obtención de bioetanol. __________ 148 Figura 3.15: Obtención De Mosto Azucarado Por Proceso Organosolv_________________ 150 Figura 4.1 :Zaranda Vibratoria ____________________________________________________ 159 Figura 4.2: Digestor Continúo. ____________________________________________________ 160 Figura 4.3: Evaporador Modificado Con Paquete De Placas. _________________________ 164 Figura 4.4:Modelo FMX7251-CP, del fabricante OMEGA _____________________________ 165 Figura 4.5: Fermentador __________________________________________________________ 167 Figura 7.1: Diagrama De Flujo Del Proceso Organosolv._____________________________ 230 Figura 7.2: Sección De Hidrolisis - Obtención De Mosto ______________________________ 231 Figura 7.3: Etapa De Lavado De Cascarilla De Arroz ________________________________ 233 Figura 7.4: Etapa De Pre-Hidrolisis ________________________________________________ 234 Figura 7.5: Etapa De Lavado Y Filtrado ____________________________________________ 236 Figura 7.6: Etapa De Delignificación _______________________________________________ 238 Figura 7.7: Etapa De Lavado Y Filtrado ____________________________________________ 240 Figura 7.8 : Etapa De Recuperación De Solvente ___________________________________ 241 Figura 7.9 : Etapa De Hidrólisis De Celulosa ________________________________________ 243.

(14) 14. Figura 7.10 Etapa De Concentración ______________________________________________ 244 Figura 7.11: Sección De Fermentación, Destilación Y Deshidratación __________________ 246 Figura 7.12: Etapa De Fermentación ______________________________________________ 247 Figura 7.13: Etapa De Destilación _________________________________________________ 249 Figura 7.14: Diagrama Elevador-Conductor De Cascarilla De Arroz ___________________ 252 Figura 7.15: Zaranda Modelo YA1236 _____________________________________________ 253 Figura 7.16: Digestor Vertical Simple, Modelo Valmet. _______________________________ 256 Figura 7.17: Digestor Vertical Simple, Modelo Valmet. _______________________________ 258 Figura 7.18: Simulación De Etapa De Destilación ___________________________________ 260 Figura 7.19: Resultado De Simulación De Etapa De Destilación _______________________ 260 Figura 7.20: Especificaciones De Columna En La Etapa De Destilación _______________ 261 Figura 7.21: Especificaciones De Calentador. Programa Chemcad, Método Riguroso ___ 262 Figura 7.22: Diseño De Biorreactor De Tanque Agitado ______________________________ 267 Figura 7.23: Resultado De Software, Diseño De Biorreactor De Tanque Agitado. _______ 268 Figura 7.24: Diseño De Biorreactor De Tanque Agitado ______________________________ 269 Figura 7.25: Dimensiones De Centrifuga Según Modelo AC 1500 _____________________ 270 Figura 7.26: Simulación De Etapa De Destilación (Agotamiento Y Rectificación) Programa Chemcad, Método Riguroso (TOWR Distillation Column) _____________________________ 271 Figura 7.27: Resultado De La Simulación De Etapa De Destilación 272 Figura 8.1: Reporte Anual De Importación De Etanol Para El Año 2005 ________________ 294 Figura 8.2: Reporte Anual De Importación De Etanol Para El Año 2006 ________________ 295 Figura 8.3: Reporte Anual De Importación De Etanol Para El Año 2007 ________________ 296 Figura 8.4: Reporte Anual De Importación De Etanol Para El Año 2008 ________________ 297 Figura 8.5: Reporte Anual De Importación De Etanol Para El Año 2009 ________________ 298 Figura 8.6: Reporte Anual De Importación De Etanol Para El Año 2010 ________________ 299 Figura 8.7: Reporte Anual De Importación De Etanol Para El Año 2011 ________________ 300 Figura 8.8: Reporte Anual De Importación De Etanol Para El Año 2012 ________________ 301 Figura 8.9: Reporte Anual De Importación De Etanol Para El Año 2013 ________________ 302 Figura 8.10: Reporte Anual De Importación De Etanol Para El Año 2014 _______________ 303 Figura 8.11: Reporte Anual De Importación De Etanol Para El Año 2015 _______________ 304 Figura 8.12: Reporte Anual De Exportación De Etanol Para El Año 2005 _______________ 305 Figura 8.13: Reporte Anual De Exportación De Etanol Para El Año 2006 _______________ 306 Figura 8.14: Reporte Anual De Exportación De Etanol Para El Año 2007 _______________ 307 Figura 8.15: Reporte Anual De Exportación De Etanol Para El Año 2008 _______________ 308 Figura 8.16: Reporte Anual De Exportación De Etanol Para El Año 2009 _______________ 309 Figura 8.17: Reporte Anual De Exportación De Etanol Para El Año 2010 _______________ 310 Figura 8.18: Reporte Anual De Exportación De Etanol Para El Año 2011 _______________ 311 Figura 8.19: Reporte Anual De Exportación De Etanol Para El Año 2012 _______________ 312 Figura 8.20: Reporte Anual De Exportación De Etanol Para El Año 2013 _______________ 313 Figura 8.21: Reporte Anual De Exportación De Etanol Para El Año 2014 _______________ 314 Figura 8.22: Reporte Anual De Exportación De Etanol Para El Año 2015 _______________ 315 Figura 8.23: Piura, Superficie Y Población __________________________________________ 323 Figura 8.24: Piura, Valor Agregado Bruto 2014 ______________________________________ 324 Figura 8.25: Actividad Agropecuaria En El Departamento De Lambayeque _____________ 325 Figura 8.26: Superficie Sembrada En El Departamento De Lambayeque (Hectáreas) ____ 326 Figura 8.27: Variación en el sector manufactura en el departamento de Lambayeque ___ 327 Figura 8.28 :La Libertad: Síntesis De Actividad Económica ___________________________ 328 Figura 8.29: La Libertad: Síntesis De Actividad Económica ___________________________ 329 Figura 8.30: Catálogo De La Empresa Flottweg Para Centrifugas De Discos ___________ 332.

(15) 15 i. RESUMEN Con la finalidad de dar uso a cerca de 3.5 millones de toneladas de cascarilla de arroz que se produce a nivel nacional, se realizó este trabajo de investigación con el objetivo general de estudiar la pre-factibilidad para la instalación de una planta de producción de etanol de segunda generación a partir de cascarilla de arroz. Para cumplir el objetivo general se realizó en el Capítulo I el estudio de mercado. En este estudio se demuestra que existe un potencial de consumo de etanol rectificado, de cerca de 45.24 millones de litros por año, equivalente a una producción de 150000 litros por día. El estudio indica que existe suficiente cantidad de materia prima. Para el tamaño de planta se consideró tomar un riesgo mayor que el 10% recomendado. El tamaño de planta definido será de 50000 litros por día. En el Capítulo II se realizó el estudio de ubicación de la planta. Por cercanía a la materia prima la futura planta estará ubicada en Lambayeque. En el Capítulo III y Capítulo IV comprende el balance de masa, la selección y diseño del proceso así mismo, el requerimiento energético. En este capítulo se define el mejor esquema de producción. Por razones técnicas y económicas se decidió por el proceso organosolv de Dedini. El rendimiento obtenido fue de 0.25 litros de alcohol por Kg de cascarilla de arroz. Basándose en el balance de masa, se diseñó y selecciono los principales equipos de proceso. En el Capítulo V se hace un análisis simplificado de las principales consideraciones ambientales, se hace uso de la matriz de Leopold para la evaluación de impacto ambiental. Se concluye que los efluentes de la planta se les puede dar un valor agregado y por lo tanto no constituirían residuos, sino subproductos. En el Capítulo VI se hace un estudio económico. Se determinó que la inversión llegara a 19’824,267 dólares. El costo de producción es de 0.389 dólares por litro. A un precio de venta de 0.85 dólares por litro. Se obtiene una tasa de retorno sobre la inversión de 38.32% y 19.81%, antes y después de impuestos respectivamente. El tiempo de recuperación de dinero, antes y después de impuestos es de 2.06 años y 2.52 años. Se concluye finalmente que el proyecto es factible desde el punto de vista de mercado, de ingeniería y económico..

(16) ii 16. ABSTRACT In order to use about 3.5 million Tons of rice husks produced at the national level, this research was carried out with the general aim of studying the pre-feasibility for the installation of an ethanol production plant Of second generation from rice husks. In order to fulfill the general objective, the market study was carried out in Chapter I. This study shows that there is a potential for rectified ethanol consumption of about 45.24 million liters per year, equivalent to a production of 150000 liters per day. The study indicates that there is sufficient amount of raw material. For plant size it was considered to take a risk greater than the recommended 10%. The defined plant size will be 50000 liters per day. In Chapter II the study of plant location was carried out. Due to its proximity to the raw material, the future plant will be located in Lambayeque. In Chapter III and Chapter IV includes the mass balance, the selection and design of the process itself, the energy requirement. This chapter defines the best production scheme. For technical and economic reasons it was decided by the organosolv process of Dedini. The yield obtained was 0.25 liters of alcohol per Kg of rice husk. Based on the mass balance, the main process equipment was designed and selected. In Chapter V a simplified analysis of the main environmental considerations is done, use is made of the Leopold matrix for environmental impact assessment. It is concluded that the effluents of the plant can be given an added value and therefore would not constitute residues, but by-products. An economic study is done in Chapter VI. It was determined that the investment reached 19’824,267 dollars. The cost of production is $ 0.389 per liter. At a sale price of $ 0.85 per liter. A rate of return on investment of 38.32% and 19.81%, before and after taxes, respectively, is obtained. The time to recover money before and after taxes is 2.06 years and 2.52 years. It is finally concluded that the project is feasible from the point of view of market, engineering and economic..

(17) 17. INTRODUCCIÓN Se le llama bioetanol de segunda generación al etanol obtenido a partir de material lignocelulósico, a menudo llamado biomasa. Esto quiere decir material de origen biológico que tiene potencial para la producción de etanol, pero es clasificado como desecho. El alcohol etanol es un combustible y se ha usado por siglos no solamente para producir bebidas embriagantes, en perfumería, en medicina, en procesos industriales de la cadena de la alcoholquímica, sino, particularmente también, como combustible motor. El bioetanol surge como una alternativa de preservar los recursos renovables así cómo los no renovables, es un combustible relativamente de bajo costo, en general se considera que su impacto en el medio ambiente es menor que cualquier combustible fósil, se obtiene a partir de azucares, procedentes de la caña o la remolacha, cereales, mediante la fermentación de los azúcares del almidón, residuos forestales, por la fermentación de los azúcares contenidos en la celulosa y hemicelulosa, después de un pretratamiento. Para poder determinar la factibilidad del etanol de segunda generación debemos tener una fuente de materia prima que no afecte la economía en la agricultura es el caso de los cereales en nuestra región. En la actualidad, la biomasa lignocelulósica y en especial los subproductos agroindustriales han dejado de ser productos de desecho-problema, para convertirse en materia prima potencial para diversos procesos tanto de tipo agrícola como industrial, siendo la producción de bioetanol uno de los más importantes. A esto si le sumamos la problemática e impacto en la agricultura sobre la viabilidad del empleo de productos de origen agrícola para la producción exclusiva de etanol (Viñals y colaboradores, 2012). Por otro lado, la producción de arroz cáscara para el 2015, aumentó en 49,4% respecto a similar mes del año anterior, el mayor crecimiento de la producción de este cereal se registró en los departamentos de Piura (446,6%), La Libertad (37,1%) y Lambayeque (28,4%), que en conjunto representaron el 68,7% del total nacional (INEI, 2015). Como resultado del procesamiento de este cereal se obtiene como subproducto cascarilla de arroz. La cascarilla de arroz es un tejido vegetal constituido por Celulosa y Sílice, elementos que ayudan a su buen rendimiento como combustible. El uso de este residuos en la actualidad es bastante limitado; la cascarilla de arroz se utiliza.

(18) 18. como fundente en las empresas siderúrgicas y como complemento de la alimentación animal, pero en cantidades muy reducidas, la mayor parte se vota en ríos y otros lugares donde se generan fuentes de contaminación, El uso de la cascarilla como combustible representa un aporte significativo a la preservación de los recursos naturales y un avance en el desarrollo de tecnologías limpias y económicas en la producción de arroz uno de los principales cereales de nuestra canasta familiar, constituido principalmente por: celulosa 31.5 %; Hemicelulosa 21.5% y la Lignina 16.5%. (Valverde y colaboradores, 2007). Los cultivos de los biocombustibles de segunda generación se caracterizan por su alta densidad energética almacenada en la celulosa, que libera mucha energía al romper sus enlaces químicos. Para esta transformación es necesario recurrir a técnicas, aún no desarrolladas (pretratamiento) que eviten la fermentación biológica por consumir mucha energía durante el proceso. Pre-tratamiento se considera la etapa más cara del proceso para convertir el material lignocelulósico en etanol y se le atribuye hasta un 30% del coste total. En los últimos tiempos se han probado distintos tipos de tratamientos en diferentes, pero se necesitan nuevos avances para reducir el coste del proceso y hacerlo más competitivo. Por este motivo, mejoras en la eficiencia del pre-tratamiento pueden significar una disminución del coste del etanol lignocelulósico (López, 2013).. En este estudio se da énfasis a buscar un proceso para producir etanol de biomasa a una alta eficiencia para asegurar costos competitivos con etanol de primera generación..

(19) 19. Capítulo 1 : ESTUDIO DE MERCADO. 1.1 INTRODUCCIÓN. Este primer capítulo tiene como objetivo el estudio de mercado para analizar la demanda y la oferta interna del producto etanol de segunda generación. Así mismo se establecerá los niveles de precio como también los canales de distribución. El análisis de la demanda y oferta se hace en base a datos de fuentes secundarias de entidades autorizadas..

(20) 20. 1.2. PRODUCTO: ALCOHOL ETÍLICO RECTIFICADO. 1.2.1 DEFINICIÓN. Es el alcohol obtenido mediante la destilación y rectificación de productos provenientes de sustancias fermentables permitidas. La graduación alcohólica alcanzada durante su destilación no debe ser menor de 96°GL. El 4% restante incluye agua, aldehídos, esteres y ácidos orgánicos. (Ficha se seguridad Química, Winkler) 1.2.2 CARACTERÍSTICAS. 1.2.2.1 COMPOSICIÓN QUÍMICA.. Tabla 1.1 Composición química del etanol REQUISITOS Grado Alcohólico a 15°C, °GL Acidez total, como ácido acético, mg/100 cm 3 Esteres, como acetato de etilo, mg/100 cm3 Aldehídos, como etanol, mg/100 cm3 Furfural, mg/100 cm3 Alcoholes superiores, mg/100 cm3 Metanol, mg/100 cm3 Tiempo de permanganato, minutos Congéneres, mg/100 cm3 Fuente: Norma Técnica Peruana Nº 211.007 (2014).. MIN 96 25 -. MAX . 1.5 2.0 0.5 0.0 0.5 2.0 . 4.5.

(21) 21. 1.2.2.2 PROPIEDADES FÍSICO – QUÍMICAS. 1.2.2.2.1. Propiedades Físicas.. Tabla 1.2 Propiedades fisicoquímicas del etanol. PROPIEDAD FÍSICA Estado de agregación. Olor. Apariencia Densidad (Agua) Densidad Vapor (Aire). PARÁMETROS – VALORES Líquido. Olor, característico fragante, Umbral del olor: 100 a 180 ppm Incoloro 0.789 Kg/L a 20ºC. DESCRIPCIÓN Un líquido incoloro y transparente con un olor vinoso característico y sabor acre. _____ ______ ______. 1.59. ______. Soluble en todas proporciones en Agua a 20ºC. No reportado 44.0 mmHg a 20ºC. Soluble en Cetonas, Esteres, Éteres, Glicoles y otros Alcoholes. ______ ______. 158,9 °K (-114 °C). ______. 351,6°K (78,3°C). ______. Temperatura crítica. 514°K (241°C). ______. Presión Crítica. 63 atm. ______. Solubilidad PH Presión de Vapor Punto de fusión Punto de ebullición. Fuente: Ficha se seguridad Química Winkler (2012).

(22) 22. 1.2.2.2.2. Propiedades Químicas.. Tabla 1.3 Propiedades físicas del etanol. PROPIEDAD FÍSICA. PARÁMETROS – VALORES. Acidez (pKa). 15,9. Solubilidad. Miscible en agua. Producto de solubilidad (KPS). n/d. Momento dipolar. n/d D. Termoquímica. _____. H0 Gas. -235.3 kJ/mol. H0 Líquido. -277.6 kJ/mol. S0 Líquido. 1Bar; 161.21 J*mol-1*K-1. Fuente: EcuRed Etanol (2012). 1.2.2.3 TOXICOLOGÍA. El etanol puede afectar al sistema nervioso central, provocando estados de euforia, desinhibición, mareos, somnolencia, confusión, alucinaciones (como lo sean ver doble o que todo se mueve de forma espontánea). Al mismo tiempo, disminuye los reflejos. Con concentraciones más altas ralentiza los movimientos, impide la coordinación correcta de los miembros, pérdida temporal de la visión, etc. En ciertos casos se produce un incremento en la irritabilidad del sujeto intoxicado como también en la agresividad; en otra cierta cantidad de individuos se ve afectada la zona que controla los impulsos, volviéndose impulsivamente descontrolados y frenéticos. Finalmente, conduce al coma y puede provocar la muerte. La resistencia al alcohol parece aumentar en las personas adultas, de mayor peso y de menor altura, mientras que los niños son especialmente vulnerables. Se han comunicado casos de bebés que murieron por intoxicación debida a la inhalación de vapores de etanol tras haberles aplicado trapos impregnados de alcohol. La ingesta en niños puede conducir a un retardo mental agravado o a un subdesarrollo físico y mental. También se han realizado estudios que demuestran que, si las madres ingerían alcohol durante el embarazo, sus hijos podían ser más propensos a tener el síndrome de alcohólico fetal. También es un desinfectante. Su mayor potencial bactericida se obtiene a una concentración de aproximadamente el 70 % (Alvarado, 2008)..

(23) 23. 1.2.3 IDENTIFICACIÓN DE RIESGOS. 1.2.3.1 SISTEMA DE ETIQUETADO (NPFA). Sistema de etiquetado es uno de los sistemas más usados para el etiquetado de productos químicos es el J. T. Baker SAF-T DATA Labeling System. El mismo utiliza números, dibujos y colores para la identificación de riesgos potenciales, descripción de medidas precautorias y recomendaciones para el almacenamiento. El diamante de seguridad suministra información sobre los riesgos que implica la manipulación de un producto. Esta clasificación va de 0 a 4, donde el número cero representa el riesgo más bajo y el cuatro el más alto (Ávila y colaboradores, 2009).. Figura 1.1 Sistema de etiquetado para el etanol. Fuente: laboratorio de fundamentos de química facultad de ciencias exactas universidad nacional de salta (2009).. En el caso del etanol, tenemos que su diamante de seguridad es:.

(24) 24. Figura 1.2 Sistema de etiquetado para etanol Fuente: laboratorio de fundamentos de química facultad de ciencias exactas universidad nacional de salta (2009).. 1.2.3.1.1. Inflamabilidad 3.. Líquidos y sólidos que pueden encenderse en casi todas las condiciones de temperatura ambiental.. 1.2.3.1.2. Salud 0.. Materiales bajo cuya exposición en condiciones de incendio no existe otro peligro que el del material combustible ordinario.. 1.2.3.1.3. Inestabilidad / Reactividad 0.. Materiales que por sí son normalmente estables aún en condiciones de incendio y que no reaccionan con el agua.. 1.2.3.1.4. Inestabilidad / Reactividad.. Materiales que por sí son normalmente estables aún en condiciones de incendio y que no reaccionan con el agua..

(25) 25. 1.2.3.2 RIESGO DE INCENDIO. Tabla 1.4 Riesgos del etanol Condición de Inflamabilidad. Inflamable en grado severo.. Temperatura de Inflamación. 8 - 13ºC. Temperatura de Auto ignición. 363ºC. Límites de Inflamabilidad Productos de Combustión. 3.3% - 19.0%. Medios Extinción. Utilización de extintores de Polvo Químico Seco, Espuma Química y/o Anhídrido Carbónico. Aplicación de Agua sólo en forma de neblina.. de. Monóxido de Carbono y Dióxido de Carbono.. Fuente: Ficha de Seguridad Química Winkler (2012). 1.2.4 USOS. 1.2.4.1 GENERALES. Además de usarse con fines culinarios (Bebida alcohólica), el etanol se utiliza ampliamente en muchos sectores industriales y en el sector farmacéutico, como principio activo de algunos medicamentos y cosméticos (es el caso del alcohol antiséptico 70º GL y en la elaboración de ambientadores y perfumes) (Sansen y vargas, 2009) Es un buen disolvente, y puede utilizarse como anticongelante.. 1.2.4.2 INDUSTRIA QUÍMICA La industria química lo utiliza como compuesto de partida en la síntesis de diversos productos, como el acetato de etilo (un disolvente para pegamentos, pinturas, etc.), el éter di etílico, etc..

(26) 26. También se aprovechan sus propiedades desinfectantes (Ruiz y colaboradores, 2006). 1.2.4.3 COMBUSTIBLE. Se emplea como combustible industrial y doméstico. En el uso doméstico, se emplea el alcohol de quemar. Éste además contiene compuestos como la piridina o el metanol u otras sustancias denominadas desnaturalizantes, que impiden su uso como alimento, ya que el alcohol para consumo suele llevar impuestos especiales. En algunos países, en vez de etanol se utiliza metanol como alcohol de quemar. En Brasil se añade etanol a la gasolina para bajar la importación de petróleo, dando lugar a la alconafta. Este país es uno de los principales productores (con 18 mil millones de litros anuales), con esto reducen un 40 % de sus importaciones de crudo. Esta última aplicación se extiende también cada vez más en otros países para cumplir con el protocolo de Kyoto. Estudios del Departamento de Energía de USA dicen que el uso en automóviles reduce la producción de gases de invernadero en un 85%. En países como México existe la política del ejecutivo federal de apoyar los proyectos para la producción integral de etanol y reducir la importación de gasolinas que ya alcanza el 60 % (Hermoso, 2015).. 1.2.4.4 ALTERNATIVA EN LA DISMINUCIÓN DE LA CONTAMINACIÓN. En el Protocolo de Kyoto de la Convención Marco sobre el Cambio Climático de las Naciones Unidas se reconoció la creciente preocupación mundial acerca del ‘Efecto Invernadero’ tras las mayores emisiones de CO2 y plomo, ante ello se inició la búsqueda de nuevas alternativas energéticas que sustituyan a los productos químicos y a los combustibles líquidos para el transporte. En este contexto, el etanol surge como la alternativa más promisoria a corto, mediano y largo plazo. Es importante destacar que, al mezclarse la gasolina con el etanol se incrementa el octanaje de las mismas, siendo una importante alternativa ecológica al MTBE y al plomo tetraetílico, que son aditivos que afectan el medio ambiente y la salud. Por tal razón, además de Brasil y EEUU, varios países como la India, Colombia, Tailandia, Australia, China, están comprometidos a emplear el etanol como combustible automotor alternativo, motivado por las preocupaciones ambientales y por la búsqueda de otras alternativas a la producción azucarera, que cada vez se ve inmerso en un mercado cada vez más competitivo..

(27) 27. Brasil posee la mayor tradición en el uso del etanol como combustible tanto en su forma directa, es decir usado en motores especialmente diseñados, o mezclado con gasolina en motores convencionales (Piergallini, 2008).. 1.2.5 MÉTODOS DE OBTENCIÓN El etanol, puede obtenerse por muchos medios, sin embargo, desde la antigüedad se empleado la fermentación de compuestos azucarados, sin embargo, ante la necesidad de cubrir una demanda en aumento de etanol se han implementado diversos métodos de producción de etanol; a continuación, se representará un gráfico que resumirá la producción de bioetanol, de acuerdo a la materia prima origen.. Figura 1.3: Etapas que componen el proceso de obtención de bioetanol. Fuente:http://www.miliarium.com/Bibliografia/Monografias/Biocombustibles/EtapasPr ocesoProduccionBioetanol.asp (2008).

(28) 28. 1.3. MATERIA PRIMA. 1.3.1 CASCARILLA DE ARROZ. La cascarilla de arroz es un residuo agrícola, que representa el 20% en peso de los 649,7 millones de toneladas de arroz que anualmente se producen en todo el mundo. La cáscara de arroz un importante subproducto de la industria de la molienda del arroz, es uno de los materiales lignocelulósicos más comúnmente disponibles que se pueden convertir a diferentes tipos de combustibles y materias primas químicas a través de una variedad de procedimientos de conversión termoquímica. Para ello es necesario para el diseño de sistemas de conversión termoquímica que abraque la comprensión adecuada de las propiedades físicas y termoquímicas de cáscara de arroz. El contenido de humedad varía de 8.68-10,44%, y la densidad aparente varia de 86 a 114 m3 /Kg. La cascarilla de arroz tiene un alto contenido de ceniza que van desde 15.30-24.60% (peso seco), y alto contenido de sílice de la ceniza que van desde 90 hasta 97%. Los valores más bajos de calefacción variaron de 13.24-16.20 MJ / Kg (peso seco). Las temperaturas de fusión de la ceniza de todas las variedades se encontraron que eran más de 1600 ° C. Las diferencias en las características varietales tienen efectos significativos sobre las propiedades químicas de la cáscara de arroz (Valverde y colaboradores, 2007). La cascarilla producida de las plantas de molienda y pilado, generalmente se utiliza como combustible, quemándola parcialmente para la generación de energía, lo que contribuye a la contaminación, por ello se están haciendo esfuerzos para superar este problema ambiental mediante la utilización de esta materia prima como un material cementante suplementario, así como también en la generación de etanol a partir de dicho material lignocelulósico. La composición química de la cascarilla de arroz varía de una variedad a otra y también, el año de cosecha, el clima y las condiciones geográficas. En la Tabla 1.5 se muestra composición promedio de la cascaras de arroz..

(29) 29. Tabla 1.5: Composición promedio de la cascara de arroz COMPONENTE Celulosa Hemicelulosa Lignina Cenizas Agua Impurezas, insolubles. PROMEDIO, % 31.5 21.5 16.5 16.3 13.0 1.20. Fuente: Sánchez y colaboradores (2010).. 1.3.2 DISPONIBILIDAD DE CASCARILLA DE ARROZ La producción de arroz cascara ha tenido un crecimiento sostenido, a excepción de los años 2010 y 2011 que presento una ligera baja. La cáscara representa en promedio 20% del arroz cascara. En la Tabla 1.4 se presenta la producción de arroz cascara nacional y regional, así como la disponibilidad teórica de la cascarilla de arroz. De acuerdo con el INEI, la principal región productora en 2015 fue San Martín con 21.6% de la producción nacional, le siguieron Piura (16,1%), Lambayeque (14,1%), Amazonas (11,2%) y La Libertad (11%). Luego se encuentran Arequipa (8,4%) y Cajamarca (6,4%) (INEI, 2016). Para el presente estudio por cercanía se considera la cascarilla de arroz producida en zona costera y de selva. En la costa se tomará en cuenta Lambayeque, Piura, La Libertad y Cajamarca. En la selva se considera solo San Martin. Para calcular la disponibilidad de cascarilla de arroz se asume que se consume para la propia planta peladora de arroz cáscara en la etapa de secado un aproximado de 15% de la producción..

(30) 30. Tabla 1.6: producción de arroz cascara nacional, regional y disponibilidad teórica de la cascarilla de arroz.. 2008. 3035605. ARROZ CÁSCARA REGIONAL COSTA 41.2% 1250669.26. 2009. 3129205. 1289232.46. 675908.28. 334074. 2010. 3113965. 1282953.58. 672616.44. 332447. 2011. 3089042. 1272685.304. 667233.072. 329786. 2012. 3240582. 1335119.784. 699965.712. 345965. 2013. 3344094. 1377767. 722324.304. 357015. 2014. 3301679. 1360292. 713162.664. 352487. 2015. 3328317. 1371266.604. 718916.472. 355331. AÑO. ARROZ CÁSCARA NACIONAL, TN. ARROZ CÁSCARA REGIONAL SELVA 21.6% 655690.68. DISPONIBILIDAD NETA DE CASCARILLA DE ARROZ, COSTA Y SELVA 324081. Fuente: Anuario INEI (2016).. Utilizando el programa Excel se realizó la proyección de producción de cascarilla de arroz en las regiones mencionadas anteriormente, dando como resultado un crecimiento de 4770.2 toneladas por año y una producción dentro de 10 años de 410000 toneladas. Esto quiere decir solo para Lambayeque se dispondría de aproximadamente 57400 toneladas de cascarilla al año. Este valor sin considerar las futuras siembras en el reciente proyecto de Olmos..

(31) 31. disponibilidad de cascarilla 370000 360000. Toneladas. 350000 340000. disponibilidad de cascarilla. 330000. y = 4770.2x + 319932. 320000. Lineal (disponibilidad de cascarilla ). 310000 300000 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015. Año. Figura 1.4 Disponibilidad proyectada de cascarilla de arroz en regiones costa (Lambayeque, La Libertad, Piura, Cajamarca) y selva (San Martin). Fuente: Elaborado por los autores (2016). 1.3.3 PRECIO DE CASCARILLA DE ARROZ. La cascarilla de arroz constituye un desperdicio dentro de la planta piladora de arroz en cascara. Sin embargo, en estos últimos años se está usando como combustible alternativo en la producción de ladrillos a pequeña escala, combustible para secadora industrial y por lo tanto ha adquirido un valor por su valor calorífico que alcanza en promedio 13370 kJ/Kg. El precio promedio que se vende en el mercado es de 20 dólares la tonelada (Sánchez & Ramírez, 2012).. 1.4. ANÁLISIS DEL MERCADO. 1.4.1 ANÁLISIS DE LA DEMANDA En nuestro país a raíz del crecimiento económico y ante la crisis energética mundial, y los acuerdos internacionales de sostenibilidad para el medio ambiente, es necesario desarrollar tecnologías limpias que ayuden al crecimiento económico del país. Por ello es necesario hacer hincapié en el desarrollo industrial, tomando como base el incremento de la producción y productividad agrícola. Pero afrontar el déficit energético, se han evaluado muchas alternativas, entre ellas el gas, sin embargo, ante la venta de los derechos de distribución del mismo debemos evaluar otras alternativas; entre las que destaca la producción de etanol de senda generación, que.

(32) 32. emplea los residuos de la industria agroindustrial en especial de la industria arrocera para la generación de bioetanol. El bioetanol, por décadas en nuestro país ha sido producido únicamente empleando como materia prima la caña de azúcar; sin embargo ante la demanda próxima de etanol como combustible alternativo en la inhibición de agentes contaminantes atmosféricos, no resulta viable emplear un exceso de hectáreas de caña de azúcar destinadas exclusivamente a la producción de etanol; por ello muchos países industrializados están evaluando la producción de etanol de segunda generación a partir de materiales lignocelulósicos, como es el caso de Brasil, que en el año 2015 inauguró su primera planta de producción de etanol de segunda generación, consolidándose así como el primer país suramericano en emplear esta tecnología. Nuestro país está en aras del desarrollo industrial por ello se debe evaluar muchas alternativas de solución a la futura crisis energética, basándose especialmente en el sector agroindustrial, este proyecto se enfoca en la industria arrocera, puesto que Lambayeque es uno de los productores nacionales más destacables.. 1.4.1.1 CONSUMO HISTÓRICO (CNA) Nuestro país la industria productora alcoholera es una de las más prominentes, puesto que el crecimiento de la frontera agrícola de la caña de azúcar se está dando principalmente sobre terrenos desérticos, evitando desplazar otros cultivos. Ello debido a mega programas de irrigación que transportan agua de los Andes hacia la costa arenosa. A ello se suma el hecho que los beneficios del clima permiten una cosecha (zafra) continua durante todo el año. La importación de etanol en el Perú estaba muy consolidada, sin embargo, gracias a los mega proyectos agrícolas de irrigación, se han incrementado las hectáreas de cultivo para caña de azúcar, lo cual ha desarrollado enormemente la producción de etanol. Sin embargo, aún se importa etanol; a esto si le sumamos el crecimiento de la demanda de este producto, la consolidación del uso de etanol para aumentar el octanaje de la gasolina y la crisis energética, es necesario promover el desarrollo de nuevas iniciativas para la producción de bioetanol. Así pues, tenemos que el consumo nacional aparente de este insumo tiene el siguiente modelo:.

(33) 33. C=P–E+I Dónde: C = Consumo nacional P= Producción Nacional I = Importaciones E = Exportaciones. A continuación, se presenta la siguiente tabla que registra las importaciones, exportaciones y consumo nacional de Etanol, durante el período 2005-2015:. Tabla 1.7 Consumo histórico nacional, importaciones, exportaciones en el Perú 2005-2015 en litros AÑO. IMPORTACIÓN (Lt). EXPORTACIÓN (Lt). PRODUCCIÓN NACIONAL(Lt). CONSUMO HISTÓRICO(Lt). 2005. 240,131.23. 361. 17,847,566.00. 18,087,693.63. 2006. 196,280.32. 54,019.68. 20,047,390.00. 20,189,650.64. 2007. 190,206.78. 324,016.38. 21,132,100.00. 20,998,290.40. 2008. 255,692.15. 467,118.77. 21,509,972.00. 21,298,545.39. 2009. 228,796.19. 1,029,407.99. 22,639,188.00. 21,838,576.20. 2010. 205,608.55. 1,126,049.04. 32,762,554.00. 31,842,113.51. 2011. 229,468.98. 882,207.68. 35,326,478.00. 34,673,739.29. 2012. 271,908.78. 2,181,287.67. 46,111,186.00. 44,201,807.11. 2013. 200,615.22. 2,608,597.38. 59,347,604.80. 56,939,622.64. 2014. 172,241.65. 1,795,431.50. 52,338,015.40. 50,714,825.55. 2015. 669,703.41. 1,522,205.50. 53,834,000.00. 52,981,497.91. Fuente: SUNAT y MINAGRI-INEI (2016)..

(34) 34. IMPORTACIÓN DE ETANOL EN EL PERÚ 800,000.00 700,000.00. LITROS. 600,000.00 500,000.00 400,000.00 300,000.00 200,000.00 100,000.00 0.00 2005. 2006. 2007. 2008. 2009. 2010. 2011. 2012. 2013. 2014. 2015. 2014. 2015. AÑO DE IMPORTACION. Figura 1.5: Importaciones de etanol en el Perú. Fuente: SUNAT (2016).. EXPORTACIONES DE ETANOL 3,000,000.00 2,500,000.00. LITROS. 2,000,000.00 1,500,000.00 1,000,000.00 500,000.00 0.00 2005. 2006. 2007. 2008. 2009. 2010. 2011. 2012. 2013. AÑO DE EXPORTACIÓN. Figura 1.6: Exportaciones de etanol en el Perú. Fuente: SUNAT (2016)..

(35) 35. PRODUCCIÓN NACIONAL DE ETANOL EN EL PERÚ 70,000,000.00 60,000,000.00. LITROS. 50,000,000.00. 40,000,000.00 30,000,000.00 20,000,000.00 10,000,000.00 0.00 2005. 2006. 2007. 2008. 2009. 2010. 2011. 2012. 2013. 2014. 2015. AÑO DE PRODUCCIÓN. Figura 1.7: Producción nacional de etanol en el Perú. Fuente: SUNAT (2016).. 1.4.1.2 TASA DE CRECIMIENTO Para la determinación de la tasa de crecimiento del consumo se ha utilizado el método de la razón ya que el Etanol es un insumo químico. Con este método se ha determinado que la tasa de crecimiento es de 3970010.2 litros de etanol anual. Los cálculos se muestran detalladamente en el apéndice.. 1.4.1.3 ESTIMACIÓN DE LA DEMANDA FUTURA La demanda del etanol está en función del consumo nacional, así como también de las exportaciones e importaciones. Las exportaciones crecieron en gran medida debido a las recientes normativas de cuidado ambiental, puesto que el etanol se ha convertido en un compuesto muy útil para incrementar el octanaje de combustibles fósiles, a fin de disminuir la polución el ambiente. El Perú posee el mayor rendimiento a nivel mundial en la producción mundial de caña de azúcar, siendo este un importante aliciente para producir etanol en base a la caña de azúcar, pese a ello no tenemos una elevada participación en la producción de caña, como el caso de Brasil, que fue el principal producto mundial En Brasil, de las 360 mil toneladas de caña de azúcar producida, alrededor del 50% se destina a la elaboración de etanol y el otro 50% restante a la producción de azúcar. Asimismo, el 80% del etanol producido en Brasil se realiza en la misma instalación.